Uranus(lat. uranium), u, een radioactief chemisch element van groep III van het periodiek systeem van Mendelejev, behoort tot de familie actiniden, atoomnummer 92, atoommassa 238.029; metaal. Natural U. bestaat uit een mengsel van drie isotopen: 238 u - 99,2739% met een halfwaardetijd t 1 / 2 = 4,51 10 9 jaar, 235 u - 0,7024% (t 1 / 2 = 7,13 10 8 jaar) en 234 u - 0,0057% (t 1 / 2 \u003d 2,48 10 5 jaar). Van de 11 kunstmatige radioactieve isotopen met massagetallen van 227 tot 240, is de lange levensduur 233 u (t 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 jaar); het wordt verkregen door neutronenbestraling van thorium. 238 u en 235 u zijn de voorlopers van twee radioactieve reeksen.

Geschiedenis referentie. U. geopend in 1789. chemicus M. G. Klaproth en door hem genoemd ter ere van de planeet Uranus, ontdekt door V. Herschel in 1781. In de metallische staat werd U. in 1841 door de Fransen verkregen. scheikundige E. Peligo tijdens de reductie van ucl 4 met metallisch kalium. Aanvankelijk kreeg U. een atoommassa van 120 toegewezen, en pas in 1871 werd D.I. Mendelejev kwam tot de conclusie dat deze waarde verdubbeld moest worden.

Uranium was lange tijd alleen interessant voor een kleine kring van scheikundigen en werd in beperkte mate gebruikt voor de productie van verven en glas. Met de ontdekking van het fenomeen radioactiviteit W. in 1896 en radium In 1898 begon de industriële verwerking van uraniumerts met als doel de winning en het gebruik van radium in wetenschappelijk onderzoek en geneeskunde. Sinds 1942, na de ontdekking in 1939 van het fenomeen kernsplijting , U. werd de belangrijkste nucleaire brandstof.

verspreiding in de natuur. U. is een karakteristiek element voor de granietlaag en sedimentaire schil van de aardkorst. Het gemiddelde gehalte aan U. in de aardkorst (clarke) is 2,5 10 -4 gew.%, in zure stollingsgesteenten 3,5 10 -4%, in klei en leisteen 3,2 10 -4%, in basisgesteenten 5 10 -5% , in ultramafische gesteenten van de mantel 3 10 -7%. U. migreert krachtig in koude en warme, neutrale en alkalische wateren in de vorm van eenvoudige en complexe ionen, vooral in de vorm van carbonaatcomplexen. Redoxreacties spelen een belangrijke rol in de geochemie van water, aangezien verbindingen van water in de regel zeer goed oplosbaar zijn in wateren met een oxiderend milieu en slecht oplosbaar zijn in wateren met een reducerend milieu (bijvoorbeeld waterstofsulfide).

Ongeveer 100 U. mineralen zijn bekend; 12 daarvan zijn van industrieel belang . In de loop van de geologische geschiedenis is het gehalte aan U. in de aardkorst afgenomen door radioactief verval; dit proces houdt verband met de ophoping van Pb- en He-atomen in de aardkorst. Het radioactieve verval van U. speelt een belangrijke rol in de energie van de aardkorst, omdat het een belangrijke bron van diepe warmte is.

fysieke eigenschappen. U. is qua kleur vergelijkbaar met staal en kan gemakkelijk worden verwerkt. Het heeft drie allotrope modificaties - a, b en g met fasetransformatietemperaturen: a ®b 668,8 ± 0,4 ° C, b® g 772,2 ± 0,4 ° С; a -vorm heeft een ruitvormig rooster a= 2,8538 , b= 5.8662 å, Met\u003d 4.9557 å), b-vorm - tetragonaal rooster (bij 720 ° С a = 10,759 , b= 5,656 å), g-vorm - lichaamsgecentreerd kubisch rooster (bij 850°c een = 3,538 ). U. dichtheid in a-vorm (25°c) 19.05 ± 0.2 g/cm 3 , t pl 1132 ± 1°С; t kip 3818 °C; thermische geleidbaarheid (100-200°c), 28,05 di/(m· Tot) , (200–400 °C) 29,72 di/(m· Tot) ; soortelijke warmte (25°c) 27.67 kJ/(kg· Tot) ; elektrische weerstand bij kamertemperatuur ca. 3 10 -7 ohm· cm, bij 600°c 5,5 10 -7 ohm· cm; heeft supergeleiding bij 0,68 ± 0,02K; zwakke paramagneet, specifieke magnetische gevoeligheid bij kamertemperatuur 1,72 10 -6 .

De mechanische eigenschappen van U. hangen af ​​van de zuiverheid, van de mechanische en warmtebehandeling. De gemiddelde waarde van de elasticiteitsmodulus voor gegoten U. 20,5 10 -2 Mn/m 2 ultieme treksterkte bij kamertemperatuur 372-470 Mn/m 2 , sterkte neemt toe na uitharding van b- en g-fasen; gemiddelde hardheid volgens Brinell 19,6–21,6 10 2 Mn/m 2 .

Bestraling met een neutronenflux (die plaatsvindt in kernreactor) verandert de fysisch-mechanische eigenschappen van uranium: kruip ontwikkelt zich en broosheid neemt toe, vervorming van producten wordt waargenomen, wat het gebruik van uranium in kernreactoren in de vorm van verschillende uraniumlegeringen dwingt.

U.- radioactief element. De kernen van 235 u en 233 u splijten spontaan, evenals tijdens de vangst van zowel langzame (thermische) als snelle neutronen met een effectieve splijtingsdoorsnede van 508 10 -24 cm 2 (508 schuur) en 533 10 -24 cm 2 (533 schuur) respectievelijk. Kernen 238 u worden gesplitst door alleen snelle neutronen te vangen met een energie van minimaal 1 Mev; wanneer langzame neutronen worden opgevangen, verandert 238 u in 239 pu , waarvan de nucleaire eigenschappen dicht bij 235 u liggen. Kritiek massa U. (93,5% 235 u) in waterige oplossingen is minder dan 1 kg, voor een open bal - ongeveer 50 kg, voor een bal met een reflector - 15 - 23 kg; de kritische massa van 233 u is ongeveer 1/3 van de kritische massa van 235 u.

Chemische eigenschappen. De configuratie van de buitenste elektronenschil van het atoom U. 7 s 2 6 d 1 5 f 3 . U. verwijst naar reactieve metalen, in verbindingen vertoont het oxidatietoestanden + 3, + 4, + 5, + 6, soms + 2; de meest stabiele verbindingen zijn u (iv) en u (vi). In de lucht oxideert het langzaam met de vorming van een film van dioxide op het oppervlak, die het metaal niet beschermt tegen verdere oxidatie. In poedervorm is U. pyrofoor en brandt met een heldere vlam. Met zuurstof vormt het uo 2 dioxide, uo 3 trioxide en een groot aantal intermediaire oxiden, waarvan u 3 o 8 de belangrijkste is. Deze intermediaire oxiden zijn qua eigenschappen vergelijkbaar met uo 2 en uo 3 . Bij hoge temperaturen heeft uo 2 een breed homogeniteitsbereik van uo 1,60 tot uo 2,27. Met fluor bij 500-600°C vormt het tetrafluoride (groene naaldachtige kristallen, slecht oplosbaar in water en zuren) en uf 6 hexafluoride (een witte kristallijne substantie sublimeert zonder te smelten bij 56,4°C); met zwavel - een aantal verbindingen, waarvan wij de belangrijkste zijn (nucleaire brandstof). Wanneer U. interageert met waterstof bij 220 ° C, wordt een hydride uh 3 verkregen; met stikstof bij een temperatuur van 450 tot 700 ° C en atmosferische druk - u 4 n 7 nitride, bij een hogere stikstofdruk en dezelfde temperatuur, kunnen un, u 2 n 3 en un 2 worden verkregen; met koolstof bij 750–800°C, monocarbide uc, dicarbide uc 2 en ook u 2 c 3 ; vormt legeringen van verschillende soorten met metalen . U. reageert langzaam met kokend water om uo 2 en h 2 te vormen, met waterdamp in het temperatuurbereik van 150–250 °C; oplosbaar in zoutzuur en salpeterzuur, enigszins - in geconcentreerd fluorwaterstofzuur. Voor u (vi) is de vorming van het uranylion uo 2 2 + kenmerkend; uranylzouten zijn geel en zeer oplosbaar in water en minerale zuren; zouten u (iv) zijn groen en minder oplosbaar; het uranylion is uitstekend in staat tot complexvorming in waterige oplossingen met zowel anorganische als organische stoffen; de belangrijkste voor de technologie zijn carbonaat, sulfaat, fluoride, fosfaat en andere complexen. Er is een groot aantal uranaten (zouten van uranzuur die niet in zuivere vorm zijn geïsoleerd) bekend, waarvan de samenstelling varieert afhankelijk van de bereidingsomstandigheden; alle uranaten hebben een lage oplosbaarheid in water.

U. en zijn verbindingen zijn stralings- en chemisch giftig. Maximaal toegestane dosis (SDA) voor beroepsmatige blootstelling 5 rem in jaar.

Ontvangst. U. wordt gewonnen uit uraniumerts dat 0,05-0,5% u bevat. Ertsen worden praktisch niet verrijkt, met uitzondering van een beperkte methode van radiometrische sortering, gebaseerd op straling van radium, die altijd in verband wordt gebracht met uranium. Kortom, ertsen worden uitgeloogd met oplossingen van zwavelzuur, soms salpeterzuur of soda-oplossingen, met de omzetting van U. in een zure oplossing in de vorm van uo 2 so 4 of complexe anionen 4-, en in een soda-oplossing in de vorm van 4-. Sorptie op ionenuitwisselingsharsen en extractie met organische oplosmiddelen (tributylfosfaat, alkylfosforzuren en aminen) worden gebruikt om U. uit oplossingen en pulp te extraheren en te concentreren, en om onzuiverheden te verwijderen. Verder worden ammonium- of natriumuranaten of hydroxide u(oh)4 uit de oplossingen neergeslagen door alkali toe te voegen. Om verbindingen met een hoge zuiverheid te verkrijgen, worden technische producten opgelost in salpeterzuur en onderworpen aan raffinagezuiveringen waarvan de eindproducten uo 3 of u 3 o 8 zijn; deze oxiden worden gereduceerd bij 650-800°C met waterstof of gedissocieerde ammoniak tot uo 2 gevolgd door de omzetting in uf 4 door behandeling met gasvormig waterstoffluoride bij 500-600°C. uf 4 kan ook worden verkregen door precipitatie van het uf 4 · nh 2 o kristallijn hydraat uit oplossingen met fluorwaterstofzuur, gevolgd door dehydratatie van het product bij 450°C in een stroom waterstof. In de industrie is de belangrijkste methode om U. uit uf 4 te verkrijgen de thermische reductie van calcium of magnesium, waarbij U. wordt geproduceerd in de vorm van blokken met een gewicht tot 1,5 ton. De blokken worden geraffineerd in vacuümovens.

Een zeer belangrijk proces in de U.-technologie is de verrijking met de 235 u-isotoop boven het natuurlijke gehalte in ertsen of de isolatie van deze isotoop in zijn zuivere vorm. , aangezien het 235 u is dat de belangrijkste nucleaire brandstof is; dit wordt uitgevoerd door thermische diffusie van gas, centrifugaal en andere methoden op basis van het verschil in massa's 235 u en 238 u; U. wordt gebruikt in scheidingsprocessen in de vorm van vluchtige uf 6 hexafluoride. Bij ontvangst van hoogverrijkte U. of isotopen wordt rekening gehouden met hun kritische massa; de meest geschikte methode is in dit geval de reductie van U.-oxiden met calcium; de daarbij gevormde cao-slak wordt gemakkelijk van U. gescheiden door oplossing in zuren.

Poedermetallurgie wordt gebruikt om poederkooldioxide, carbiden, nitriden en andere vuurvaste verbindingen te verkrijgen.

Sollicitatie. Metallisch U. of zijn verbindingen worden voornamelijk gebruikt als splijtstof in kernreactor. In stationaire reactoren van kerncentrales wordt een natuurlijk of laagverrijkt mengsel van U-isotopen gebruikt; het product van een hoge mate van verrijking wordt gebruikt in kerncentrales of in reactoren die op snelle neutronen werken. 235 u is de bron van kernenergie in atoomwapens. 238 u dient als een bron van secundaire nucleaire brandstof - plutonium.

V.M. Kulifeev.

Uranium in het lichaam In microhoeveelheden (10 -5 -10 -5%) wordt het aangetroffen in de weefsels van planten, dieren en mensen. In de as van planten (met een gehalte aan U. in de bodem van ongeveer 10 -4) is de concentratie 1,5 10 -5%. U. wordt in de grootste mate geaccumuleerd door sommige schimmels en algen (de laatste zijn actief betrokken bij de biogene migratie van U. langs de keten water - waterplanten - vis - mens). U. komt het lichaam van dieren en mensen binnen met voedsel en water in het maagdarmkanaal, met lucht in de luchtwegen, en ook via de huid en slijmvliezen. U.-verbindingen worden geabsorbeerd in het maagdarmkanaal - ongeveer 1% van de binnenkomende hoeveelheid oplosbare verbindingen en niet meer dan 0,1% van de slecht oplosbare; in de longen wordt respectievelijk 50% en 20% geabsorbeerd. U. is ongelijk verdeeld over het lichaam. De belangrijkste depots (plaatsen van depositie en accumulatie) zijn de milt, de nieren, het skelet, de lever en, wanneer slecht oplosbare verbindingen worden ingeademd, de longen en broncho-pulmonale lymfeklieren. Het bloed van U. (in de vorm van carbonaten en complexen met eiwitten) circuleert lange tijd niet. Het gehalte aan U. in de organen en weefsels van dieren en mensen is niet hoger dan 10 -7 j/j. Het bloed van runderen bevat dus 1 10 -8 g/ml lever 8 10 -8 j/j, spieren 4 10 -8 j/j, milt 9 10 -8 j/j. U.'s gehalte in menselijke organen is: in de lever 6 10 -9 j/j, in de longen 6 10 -9 -9 10 -9 g/g, in de milt 4,7 10 -9 j/j, in bloed 4 10 -9 g/ml in de nieren 5,3 10 -9 (corticale laag) en 1,3 10 -9 j/j(medulla), in botten 1 10 -9 j/j, in het beenmerg 1 10 -9 j/j, in haar 1,3 10 -7 j/j. U., dat zich in het botweefsel bevindt, veroorzaakt zijn constante bestraling (de halfwaardetijd van U. van het skelet is ongeveer 300 dag) . De laagste concentraties van U. bevinden zich in de hersenen en het hart (10 -10 j/j). Dagelijkse inname van U. met voedsel en vloeistoffen - 1,9 10 -6 g, zo lucht - 7 10 -9 G. De dagelijkse uitscheiding van U. uit het menselijk lichaam is: met urine 0,5 10 -7 -5 10 -7, met ontlasting - 1,4 10 -6 -1,8 10 -6 g, zo haar - 2 10 -8 g.

Volgens de International Commission on Radiation Protection is het gemiddelde gehalte aan U. in het menselijk lichaam 9 10 -8 g. Deze waarde kan per regio verschillen. Er wordt aangenomen dat U. noodzakelijk is voor het normale leven van dieren en planten, maar de fysiologische functies ervan zijn niet opgehelderd.

GP Galibin.

Giftige actie U. is te wijten aan zijn chemische eigenschappen en is afhankelijk van de oplosbaarheid: uranyl en andere oplosbare verbindingen van U zijn giftiger U. en zijn verbindingen kunnen worden vergiftigd bij bedrijven voor de winning en verwerking van uraniumgrondstoffen en andere industriële installaties waar het gebruikt in het technologische proces. Bij inname werkt U. op alle organen en weefsels, aangezien het een algemeen cellulair gif is. Tekenen van vergiftiging op tijd. nierbeschadiging (het verschijnen van eiwit en suiker in de urine, oligurie) , de lever en het maagdarmkanaal worden ook aangetast. Er zijn acute en chronische vergiftigingen; de laatste worden gekenmerkt door een geleidelijke ontwikkeling en minder ernst van de symptomen. Bij chronische intoxicatie zijn verstoringen in de hematopoëse, het zenuwstelsel, enz. mogelijk. Er wordt aangenomen dat het moleculaire mechanisme van de werking van U. verband houdt met zijn vermogen om de activiteit van enzymen te onderdrukken.

Preventie van vergiftiging: continuïteit van technologische processen, het gebruik van verzegelde apparatuur, preventie van luchtverontreiniging, afvalwaterzuivering voordat ze in waterlichamen worden geloosd, honing. controle over de gezondheidstoestand van werknemers, over naleving van hygiënische normen voor de toegestane inhoud van U. en zijn verbindingen in het milieu.

V.F. Kirillov.

Lett.: De doctrine van radioactiviteit. Geschiedenis en moderniteit, uitg. B.M. Kedrova, Moskou, 1973. Petrosyants A. M., Van wetenschappelijk onderzoek tot de nucleaire industrie, M., 1970; Emelyanov V.S., Evstyukhin A.I., Metallurgie van nucleaire brandstof, M., 1964; Sokursky Yu. N., Sterlin Ya. M., Fedorchenko V. A., Uranus en zijn legeringen, M., 1971; Evseeva L.S., Perelman A.I., Ivanov K.E., Geochemistry of uranium in the zone of hydrogenation, 2nd ed., M., 1974; Farmacologie en toxicologie van uraniumverbindingen, [transl. uit het Engels], deel 2, M., 1951; Guskova V.N., Uranus. Stralingshygiënisch kenmerk, M., 1972; Andreeva O. S., Gezondheid op het werk bij het werken met uranium en zijn verbindingen, M., 1960; Novikov Yu.V., Hygiënische problemen bij het bestuderen van het gehalte aan uranium in het milieu en het effect ervan op het lichaam, M., 1974.

Uranus is een van de zware metalen elementen in het periodiek systeem. Uranium wordt veel gebruikt in de energie- en militaire industrie. In het periodiek systeem is het te vinden op nummer 92 en wordt het aangeduid met de Latijnse letter U met massagetal 238.

Hoe Uranus werd ontdekt

Over het algemeen is een dergelijk chemisch element als uranium al heel lang bekend. Het is bekend dat al voor onze jaartelling natuurlijk uraniumoxide werd gebruikt om een ​​geel glazuur voor keramiek te maken. De ontdekking van dit element kan worden overwogen in 1789, toen een Duitse chemicus genaamd Martin Heinrich Klaproth een black metal-achtig materiaal uit erts won. Martin besloot dit materiaal Uranus te noemen om de naam van de nieuw ontdekte planeet met dezelfde naam te ondersteunen (de planeet Uranus werd in hetzelfde jaar ontdekt). In 1840 werd onthuld dat dit materiaal, ontdekt door Klaproth, uraniumoxide bleek te zijn, ondanks de karakteristieke metaalglans. Eugene Melchior Peligot synthetiseerde atomair uranium uit oxide en stelde vast dat het atoomgewicht 120 AE was, en in 1874 verdubbelde Mendelejev deze waarde door het in de verste cel van zijn tafel te plaatsen. Slechts 12 jaar later werd het besluit van Mendelejev om de massa te verdubbelen bevestigd door de experimenten van de Duitse chemicus Zimmermann.

Waar en hoe wordt uranium gewonnen?

Uranium is een vrij algemeen element, maar het is gebruikelijk in de vorm van uraniumerts. Voor u om te begrijpen, het gehalte in de aardkorst is 0,00027% van de totale massa van de aarde. Uraniumerts wordt meestal aangetroffen in zure minerale gesteenten met een hoog siliciumgehalte. De belangrijkste soorten uraniumertsen zijn pekblende, carnotiet, casolite en samarskiet. De grootste reserves aan uraniumertsen, rekening houdend met reservevoorraden, zijn landen als Australië, Rusland en Kazachstan, en van al deze neemt Kazachstan een leidende positie in. Uraniumwinning is een zeer gecompliceerde en dure procedure. Niet alle landen kunnen het zich veroorloven om puur uranium te ontginnen en te synthetiseren. De productietechnologie is als volgt: er worden ertsen of mineralen gewonnen in mijnen, vergelijkbaar met goud of edelstenen. Het gewonnen gesteente wordt vermalen en vermengd met water om het uraniumstof van de rest te scheiden. Uraniumstof is erg zwaar en slaat daarom sneller neer dan andere stof. De volgende stap is de zuivering van uraniumstof uit andere gesteenten door zure of alkalische uitloging. De procedure ziet er ongeveer zo uit: het uraniummengsel wordt verwarmd tot 150°C en onder druk wordt zuivere zuurstof toegevoerd. Als gevolg hiervan wordt zwavelzuur gevormd, dat uranium zuivert van andere onzuiverheden. Welnu, in de laatste fase worden al pure uraniumdeeltjes geselecteerd. Naast uraniumstof zijn er nog andere nuttige mineralen.

Het gevaar van radioactieve straling van uranium

Iedereen is zich terdege bewust van een concept als radioactieve straling en het feit dat het onherstelbare schade toebrengt aan de gezondheid, met de dood tot gevolg. Uranium is slechts één van deze elementen, die onder bepaalde omstandigheden radioactieve straling kan afgeven. In vrije vorm kan het, afhankelijk van de variëteit, alfa- en bètastralen uitzenden. Alfastralen vormen geen groot gevaar voor de mens als de straling van buitenaf is, omdat deze straling een laag doordringend vermogen heeft, maar wanneer ze het lichaam binnenkomt, veroorzaken ze onherstelbare schade. Zelfs een vel schrijfpapier is voldoende om externe alfastralen te bevatten. Met bètastraling zijn de dingen ernstiger, maar niet veel. Het doordringend vermogen van bètastraling is hoger dan dat van alfastraling, maar er is 3-5 mm weefsel nodig om bètastraling te bevatten. Hoe zou je zeggen? Uranium is een radioactief element dat wordt gebruikt in kernwapens! Dat klopt, het wordt gebruikt in kernwapens, die enorme schade aanrichten aan alle levende wezens. Net wanneer een kernkop tot ontploffing wordt gebracht, wordt de grootste schade aan levende organismen veroorzaakt door gammastraling en een neutronenflux. Dit soort straling ontstaat als gevolg van een thermonucleaire reactie tijdens de explosie van een kernkop, die uraniumdeeltjes uit een stabiele toestand verwijdert en al het leven op aarde vernietigt.

Soorten uranium

Zoals hierboven vermeld, heeft uranium verschillende variëteiten. Rassen impliceren de aanwezigheid van isotopen, zodat je begrijpt dat isotopen dezelfde elementen impliceren, maar met verschillende massagetallen.

Er zijn dus twee soorten:

1. natuurlijk;
2. Kunstmatig;

Zoals je misschien al geraden hebt, is natuurlijk degene die uit de aarde wordt gewonnen, en kunstmatige mensen creëren zelf. De natuurlijke omvatten uraniumisotopen met een massagetal van 238, 235 en 234. Bovendien is U-234 een kind van U-238, dat wil zeggen dat de eerste wordt verkregen uit het verval van de tweede in natuurlijke omstandigheden. De tweede groep isotopen, die kunstmatig wordt gecreëerd, heeft massagetallen van 217 tot 242. Elk van de isotopen heeft verschillende eigenschappen en wordt onder bepaalde omstandigheden gekenmerkt door ander gedrag. Al naar gelang de behoefte proberen kernwetenschappers allerlei oplossingen voor problemen te vinden, want elke isotoop heeft een andere energetische waarde.

Halfwaardetijden

Zoals hierboven vermeld, heeft elk van de isotopen van uranium een ​​andere energiewaarde en verschillende eigenschappen, waaronder de halfwaardetijd. Om te begrijpen wat het is, moet je beginnen met een definitie. De halfwaardetijd is de tijd die nodig is om het aantal radioactieve atomen te halveren. De halfwaardetijd beïnvloedt vele factoren, bijvoorbeeld de energetische waarde of volledige reiniging. Nemen we dat laatste als voorbeeld, dan kunnen we berekenen voor welke periode een volledige zuivering van radioactieve besmetting van de aarde zal plaatsvinden. Halfwaardetijden van uraniumisotopen:

Zoals uit de tabel blijkt, varieert de halfwaardetijd van isotopen van minuten tot honderden miljoenen jaren. Elk van hen vindt zijn toepassing in verschillende gebieden van het menselijk leven.

Het gebruik van uranium is zeer breed in veel activiteitsgebieden, maar het is van de grootste waarde op energie- en militair gebied. Van het grootste belang is de U-235 isotoop. Het voordeel is dat het in staat is zelfstandig een nucleaire kettingreactie te ondersteunen, die veel wordt gebruikt in het leger voor de productie van kernwapens en als brandstof in kernreactoren. Daarnaast wordt uranium veel gebruikt in de geologie om de ouderdom van mineralen en gesteenten te bepalen en om het verloop van geologische processen te bepalen. In de auto- en vliegtuigindustrie wordt verarmd uranium gebruikt als tegengewicht en als centreerelement. Ook werd het gebruik gevonden in de schilderkunst, en meer specifiek als verf op porselein en voor de vervaardiging van keramische glazuren en emaille. Een ander interessant punt is het gebruik van verarmd uranium als bescherming tegen radioactieve straling, hoe vreemd het ook klinkt.

URANIUM (Uranium; van de naam van de planeet Uranus), U - radioactieve chem. element van groep III van het periodiek systeem van elementen; Bij. n. 92, op. m. 238.029; gerelateerd aan actiniden. Zilverwit glanzend metaal. In verbindingen vertoont het oxidatietoestanden van +2 tot +6, waarvan de meest karakteristieke +4 en +6 zijn.

Natuurlijk uranium bestaat uit de isotopen 238U (99,282%), 235U (0,712%) en 234U (0,006%). Onder kunstmatige isotopen is de 233U-isotoop van praktisch belang. W. in de vorm van oxide U02 geopend (1789) Duits. chemicus M.-G. Klaproth. Metallisch uranium werd ontvangen (1841) door de Fransen. chemicus E.-M. Peligo. Uit de jaren 40. 20ste eeuw U. heeft aan belang gewonnen als een bron van kernenergie, die vrijkomt bij het splijten van zijn atomen tijdens het vangen van neutronen; 235U en 233U hebben deze eigenschap. De 238U-isotoop verandert bij het vangen van neutronen in (239Pu), wat ook een nucleaire brandstof is. Het gehalte aan uranium in de aardkorst is 0,3-0,0004%. Het belangrijkste mineraal is een variëteit van uraniet - pekblende (uraniumhars) (40-76% U). Kleine hoeveelheden uranium worden aangetroffen in graniet (0,0004%), bodem (0,001-0,0004%) en water (~10-8%).

Drie van zijn allotrope modificaties zijn bekend: alfa-uranium met een ruitvormig kristalrooster en met perioden a = 2,8541 A, b = 5,8692 A en c = 4,9563 A (t-ra 25 ° C), die passeert bij t-re 667,7 ° C in beta-uranium met een tetragonaal kristalrooster en met perioden a \u003d 10.759 A en c \u003d 5.656 A (t-ra 720 ° C); boven t-ry 774,8 ° C, gamma-uranium is stabiel met een lichaamsgecentreerd kubisch rooster en met een periode a \u003d 3,524 A (t-ra 805 ° C).

De dichtheid van alfa-uranium bij kamertemperatuur is 19,05 g/cm3; smeltpunt 1132°C; bp 3820° С (druk 1 atm). Heats van transformaties alpha⇄ bèta, bèta gamma, smelten en verdampen van uranium, respectievelijk ~ 0,70; 1,15; 4,75 en 107-117 kcal/mol. Warmtecapaciteit c \u003d 6,4 cal / mol (t-ra 25 ° C). Gemiddelde coëfficiënt thermische uitzetting van alfa-uranium langs de a-, b- en c-assen in het bereik van t-p 20-500 ° C, respectievelijk 32,9; -6,3 en 27,6 10-6 deg-1. De thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van uranium bij kamertemperatuur is ~ 0,06 cal/cm sec deg en neemt toe met toenemende temperatuur. De elektrische weerstand van alfa-uraan hangt af van de kristallografische richting; de gemiddelde waarde voor polykristallijn uranium van hoge zuiverheid is ~ 30 microhm x cm bij kamertemperatuur en neemt toe tot ~ 54 microhm x cm bij 600 ° C. Alfa-uranium vertoont ook een anisotropie van de Young's modulus. Polykristallijn alfa-uranium heeft Young's modulus 2,09 x 104 kgf/mm2; afschuifmodulus 0,85 x 104 kgf / mm2; coëfficiënt Poisson 0,23. De hardheid van alfa-uranium bij kamer t-re HV = 200, maar neemt af tot 12 bij t-re 600°C.

Tijdens de overgang van alfa- naar bèta-uraan neemt de hardheid toe van ~10 naar ~30. De treksterkte van gegloeid alfa-uraan (0,02% C) bij een temperatuur van 20 °C is ~42 kgf/mm2, neemt toe tot 49 kgf/ mm2 bij t-re 100 9 C en dan bijna lineair afneemt tot ~ 11 kgf/mm2 met een toename in t-ry tot 600 ° C. Bij t-re 20 ° C, de vloeigrens, relatieve rek en relatieve vernauwing, respectievelijk 26 kgf/mm2, 8 en 11%, en bij een temperatuur van 600°C - 9 kgf/mm2, 26 en 65%. Een toename van het koolstofgehalte van 0,01 tot 0,20% verhoogt de treksterkte en vloeigrensσ 0,2 respectievelijk van 37 en 24 tot 52 en 32 kgf / mm2. Alle mechanische eigenschappen van uranium zijn sterk afhankelijk van de aanwezigheid van onzuiverheden en voorbehandeling.

De kruip van uranium is vooral afhankelijk van cyclische temperatuurveranderingen, die gepaard gaan met extra thermische spanningen als gevolg van het grote verschil in coëfficiënten. thermische uitzetting langs verschillende kristallografische richtingen van alfa-uranium. De slagvastheid van alfa-uranium (0,03% C), dat laag is bij temperaturen van 20 en 100 ° C (respectievelijk 1,4 en 2,3 kgf-m/cm2), neemt bijna lineair toe tot 11,7 kgf-m/cm2 bij t-re 500 ° C. Kenmerkend is de rek van staven van polykristallijn alfa-uranium met een textuur langs de as onder invloed van herhaalde verwarming en afkoeling.

Tijdens de splijting van uranium worden atomen gevormd, die onoplosbaar zijn in uranium, wat leidt tot zwelling van het metaal (zeer ongewenst voor splijtstof). Zelfs bij kamertemperatuur wordt uranium in droge lucht geoxideerd met de vorming van een dunne oxidefilm, bij verhitting tot een temperatuur van 200 ° C wordt oxideschaal U02 gevormd, bij een temperatuur van 200-400 ° C - U308, bij een hogere temperatuur - U03 (meer precies, vaste oplossingen op basis van deze oxiden). De oxidatiesnelheid is laag bij een temperatuur van 50 ° C en zeer hoog bij een temperatuur van 300 ° C. Uranium interageert langzaam met stikstof onder een temperatuur van 400 ° C, maar vrij snel bij een temperatuur van 750-800 ° C. Interactie met waterstof verloopt al bij kamertemperatuur onder vorming van UH3-hydride.

In water bij temperaturen tot 70 ° C wordt een film van dioxide gevormd op uranium, wat een beschermend effect heeft; bij t-re 100 ° C wordt de interactie aanzienlijk versneld. Om U. te verkrijgen, worden de ertsen verrijkt met natte chemicaliën. methode, uitlogen met zwavelzuur in aanwezigheid van een oxidatiemiddel - mangaandioxide. Uit een zwavelzuuroplossing van uranium wordt het geëxtraheerd met organische oplosmiddelen of geïsoleerd met fenolharsen. Het resulterende concentraat wordt opgelost in salpeterzuur. Het hierbij gevormde uranylnitraat U02 (N03) 2 wordt geëxtraheerd met bijvoorbeeld butylfosfaat en na te zijn bevrijd van dit laatste worden de U-verbindingen ontleed bij t-re 500-700°C. De verkregen U308 en U03 van hoge zuiverheid worden gereduceerd met waterstof bij t-re 600-800 °C tot U02-dioxide.

Metallisch uranium wordt verkregen door metallotherme reductie (calcium of magnesium) van UO2-dioxide of uraniumtetrafluoride UF4, eerder verkregen uit dioxide door de werking van watervrij waterstoffluoride bij een temperatuur van 500 ° C. De laatste methode komt vaker voor, het stelt u in staat om verkrijg ingots met een hoge zuiverheid (0,0045% Fe, 0,001% Si, 0,003% C) en met een gewicht van meer dan een ton. Uraniummetaal wordt ook verkregen door elektrolyse in zoutbaden die UF4 bevatten bij een temperatuur van 800-1200 ° C. Zwart uranium wordt meestal onderworpen aan raffinage-smelten (temperatuur 1450-1600 ° C) in grafietkroezen, in hoogfrequente vacuümovens met gieten in grafietvormen.

Kleine prototypes worden vervormd door te smeden in de alfa-toestand, die ook wordt gebruikt, samen met persen in de alfa- of gamma-toestand, om grote blokken te vervormen. Koudwalsen verhoogt de sterkte-eigenschappen van uranium, de hardheid tijdens compressie met 40%, verhoogt HV van 235 naar 325. Het verwijderen van verharding vindt voornamelijk plaats bij een temperatuur van 350-450 ° C in technisch zuiver metaal en gaat onder deze omstandigheden gepaard met herkristallisatie; secundaire, collectieve herkristallisatie ontwikkelt zich bij een temperatuur van 600-650 ° C. Het afkoelen van uranium in water of olie uit de bèta- of gamma-toestand onderdrukt de vorming van de alfafase niet, maar vermaalt de korrel van alfa-uraan, vooral in aanwezigheid van onzuiverheden. Metaal W.,

; atoomnummer 92, atoommassa 238.029; metaal. Natuurlijk uranium bestaat uit een mengsel van drie isotopen: 238 U - 99,2739% met een halfwaardetijd T ½ = 4,51 10 9 jaar, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 108 jaar) en 234 U - 0,0057% (T ½ \u003d 2,48 10 5 jaar).

Van de 11 kunstmatige radioactieve isotopen met massagetallen van 227 tot 240, is de lange levensduur 233 U (T ½ = 1,62 10 5 jaar); het wordt verkregen door neutronenbestraling van thorium. 238 U en 235 U zijn de voorlopers van twee radioactieve series.

Geschiedenis referentie. Uranium werd in 1789 ontdekt door de Duitse chemicus M. G. Klaproth en door hem genoemd ter ere van de planeet Uranus, ontdekt door W. Herschel in 1781. In de metaalachtige toestand werd uranium in 1841 verkregen door de Franse chemicus E. Peligot door UCl te verminderen 4 met metallisch kalium. Aanvankelijk kreeg Uranus een atoommassa van 120 toegewezen en pas in 1871 kwam D. I. Mendelejev tot de conclusie dat deze waarde moest worden verdubbeld.

Uranium was lange tijd alleen interessant voor een kleine kring van scheikundigen en werd in beperkte mate gebruikt voor de productie van verven en glas. Met de ontdekking van de radioactiviteit van uranium in 1896 en radium in 1898, begon de industriële verwerking van uraniumertsen om radium te winnen en te gebruiken in wetenschappelijk onderzoek en geneeskunde. Sinds 1942, na de ontdekking in 1939 van het fenomeen kernsplijting, is uranium de belangrijkste nucleaire brandstof geworden.

Verspreiding van Uranus in de natuur. Uranium is een karakteristiek element voor de granietlaag en sedimentaire schil van de aardkorst. Het gemiddelde gehalte aan uranium in de aardkorst (clarke) is 2,5 10 -4% per massa, in zure stollingsgesteenten 3,5 10 -4%, in klei en leisteen 3,2 10 -4%, in basisgesteenten 5 10 -5%, in ultrabasische gesteenten van de mantel 3 10 -7%. Uranium migreert krachtig in koude en warme, neutrale en alkalische wateren in de vorm van eenvoudige en complexe ionen, vooral in de vorm van carbonaatcomplexen. Een belangrijke rol in de geochemie van Uranus wordt gespeeld door redoxreacties, aangezien uraniumverbindingen in de regel zeer goed oplosbaar zijn in wateren met een oxiderende omgeving en slecht oplosbaar zijn in wateren met een reducerend milieu (bijvoorbeeld waterstofsulfide).

Er zijn ongeveer 100 mineralen van Uranus bekend; 12 daarvan zijn van industrieel belang. In de loop van de geologische geschiedenis is het gehalte aan Uranus in de aardkorst afgenomen door radioactief verval; dit proces houdt verband met de ophoping van Pb- en He-atomen in de aardkorst. Het radioactieve verval van Uranus speelt een belangrijke rol in de energie van de aardkorst, omdat het een belangrijke bron van diepe hitte is.

Fysische eigenschappen van Uranus. Uranium is qua kleur vergelijkbaar met staal en kan gemakkelijk worden verwerkt. Het heeft drie allotrope modificaties - α, β en γ met fasetransformatietemperaturen: α → β 668,8 °С, β → γ 772,2 °С; de α-vorm heeft een ruitvormig rooster (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å), de β-vorm heeft een tetragonaal rooster (bij 720 °C a = 10.759Å, b = 5.656Å), de γ-vorm - lichaamsgecentreerd kubisch rooster (bij 850 ° C a = 3,538Å). De dichtheid van Uranus in de α-vorm (25°C) is 19,05 g/cm3; tpl 1132 °C; bp t 3818 °С; thermische geleidbaarheid (100-200 ° C), 28,05 W / (m·K) , (200-400 ° C) 29,72 W / (m·K) ; soortelijke warmtecapaciteit (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); elektrische weerstand bij kamertemperatuur is ongeveer 3 10 -7 ohm cm, bij 600 ° C 5,5 10 -7 ohm cm; bezit supergeleiding bij 0,68 K; zwakke paramagneet, specifieke magnetische gevoeligheid bij kamertemperatuur 1.72·10 -6 .

De mechanische eigenschappen van uranium hangen af ​​van de zuiverheid, van de mechanische en thermische verwerking. De gemiddelde waarde van de elasticiteitsmodulus voor gegoten uranium is 20,5·10 -2 MN/m 2 ; treksterkte bij kamertemperatuur 372-470 MN/m 2 ; sterkte neemt toe na uitharding van β- en γ-fasen; gemiddelde hardheid volgens Brinell 19,6-21,6·10 2 MN/m 2 .

Bestraling met een neutronenflux (die plaatsvindt in een kernreactor) verandert de fysieke en mechanische eigenschappen van uranium: kruip ontwikkelt zich en broosheid neemt toe, vervorming van producten wordt waargenomen, waardoor het gebruik van uranium in kernreactoren in de vorm van verschillende uranium legeringen.

Uranium is een radioactief element. Kernen 235 U en 233 U splijten spontaan, evenals tijdens de vangst van zowel langzame (thermische) als snelle neutronen met een effectieve splijtingsdoorsnede van 508 10 -24 cm2 (508 barn) en 533 10 -24 cm2 (533 schuur) resp. 238 U-kernen worden gesplitst door alleen snelle neutronen te vangen met een energie van minimaal 1 MeV; wanneer langzame neutronen worden opgevangen, verandert 238 U in 239 Pu, waarvan de nucleaire eigenschappen dicht bij 235 U liggen. De kritische massa van uranium (93,5% 235 U) in waterige oplossingen is minder dan 1 kg, voor een open bal - ongeveer 50 kg , voor een bal met een reflector - 15-23 kg; de kritische massa van 233 U is ongeveer 1/3 van de kritische massa van 235 U.

Chemische eigenschappen van uranium. De configuratie van de buitenste elektronenschil van het Uranus-atoom is 7s 2 6d l 5f 3 . Uranium behoort tot reactieve metalen, in verbindingen vertoont het oxidatietoestanden +3, +4, + 5, +6, soms +2; de meest stabiele verbindingen zijn U(IV) en U(VI). In lucht oxideert het langzaam met de vorming van een oxide (IV) film op het oppervlak, die het metaal niet beschermt tegen verdere oxidatie. In poedervorm is uranium pyrofoor en brandt het met een felle vlam. Het vormt met zuurstof oxide (IV) UO 2, oxide (VI) UO 3 en een groot aantal intermediaire oxiden, waarvan U 3 O 8 de belangrijkste is. Deze intermediaire oxiden zijn qua eigenschappen vergelijkbaar met UO 2 en UO 3 . Bij hoge temperaturen heeft UO 2 een breed homogeniteitsbereik van UO 1,60 tot UO 2,27. Met fluor bij 500-600 ° C vormt het tetrafluoride UF 4 (groene naaldachtige kristallen, enigszins oplosbaar in water en zuren) en hexafluoride UF 6 (witte kristallijne stof sublimeert zonder te smelten bij 56,4 ° C); met zwavel - een aantal verbindingen, waarvan de belangrijkste de VS is (nucleaire brandstof). Wanneer uranium interageert met waterstof bij 220 ° C, wordt een hydride UH 3 verkregen; met stikstof bij een temperatuur van 450 tot 700 ° C en atmosferische druk - U 4 N 7 nitride, bij een hogere stikstofdruk en dezelfde temperatuur kunnen UN, U 2 N 3 en UN 2 worden verkregen; met koolstof bij 750-800 ° C - UC-monocarbide, UC 2-dicarbide en ook U 2 C 3; met metalen vormen legeringen van verschillende typen. Uranium reageert langzaam met kokend water om UO 2 n H 2 te vormen, met waterdamp - in het temperatuurbereik van 150-250 ° C; oplosbaar in zoutzuur en salpeterzuur, enigszins - in geconcentreerd fluorwaterstofzuur. U(VI) wordt gekenmerkt door de vorming van het uranylion U02 2+; uranylzouten zijn geel en zeer oplosbaar in water en minerale zuren; U(IV)-zouten zijn groen en minder oplosbaar; het uranylion is uitstekend in staat tot complexvorming in waterige oplossingen met zowel anorganische als organische stoffen; de belangrijkste voor de technologie zijn carbonaat, sulfaat, fluoride, fosfaat en andere complexen. Er is een groot aantal uranaten (zouten van uranzuur die niet in zuivere vorm zijn geïsoleerd) bekend, waarvan de samenstelling varieert afhankelijk van de bereidingsomstandigheden; alle uranaten hebben een lage oplosbaarheid in water.

Uranium en zijn verbindingen zijn stralings- en chemisch giftig. De maximaal toegestane dosis (SDA) voor beroepsmatige blootstelling is 5 rem per jaar.

Uranus krijgen. Uranium wordt gewonnen uit uraniumerts dat 0,05-0,5% U bevat. De ertsen zijn praktisch niet verrijkt, behalve een beperkte methode van radiometrische sortering op basis van de γ-straling van radium, die altijd gepaard gaat met uranium. Kortom, ertsen worden uitgeloogd met oplossingen van zwavelzuur, soms salpeterzuur of soda-oplossingen met de overdracht van uranium in een zure oplossing in de vorm van UO 2 SO 4 of complexe anionen 4-, en in een soda-oplossing - in de vorm van 4 -. Om uranium uit oplossingen en pulp te extraheren en te concentreren, evenals om onzuiverheden te verwijderen, worden sorptie op ionenuitwisselingsharsen en extractie met organische oplosmiddelen (tributylfosfaat, alkylfosforzuren, aminen) gebruikt. Verder worden uit de oplossingen ammonium- of natriumuranaten of hydroxide U(OH)4 neergeslagen door toevoeging van alkali. Om hoogzuivere verbindingen te verkrijgen, worden technische producten opgelost in salpeterzuur en onderworpen aan raffinagezuiveringen, waarvan de eindproducten UO 3 of U 3 O 8 zijn; deze oxiden worden gereduceerd bij 650-800°C met waterstof of gedissocieerde ammoniak tot UO 2 gevolgd door de omzetting ervan in UF 4 door behandeling met gasvormig waterstoffluoride bij 500-600°C. UF4 kan ook worden verkregen door precipitatie van UF4 nH20 kristallijn hydraat uit oplossingen met fluorwaterstofzuur, gevolgd door dehydratatie van het product bij 450 °C in een stroom waterstof. In de industrie is de belangrijkste methode om uranium uit UF 4 te winnen de thermische reductie van calcium of magnesium, waarbij uranium vrijkomt in de vorm van blokken met een gewicht tot 1,5 ton.De blokken worden geraffineerd in vacuümovens.

Een zeer belangrijk proces in de technologie van uranium is de verrijking ervan met de isotoop 235 U boven het natuurlijke gehalte in ertsen of de isolatie van deze isotoop in zijn zuivere vorm, aangezien 235 U de belangrijkste splijtstof is; dit wordt uitgevoerd door de methoden van thermische diffusie van gas, centrifugaal en andere methoden op basis van het verschil in de massa's van 238 U en 235 U; bij scheidingsprocessen wordt uranium gebruikt in de vorm van vluchtig UF 6-hexafluoride. Bij het verkrijgen van hoogverrijkt uranium of isotopen wordt rekening gehouden met hun kritische massa; de meest geschikte methode in dit geval is de reductie van uraniumoxiden met calcium; de resulterende CaO-slak wordt gemakkelijk van uranium gescheiden door oplossing in zuren. Om poedervormig uranium, oxide (IV), carbiden, nitriden en andere vuurvaste verbindingen te verkrijgen, worden poedermetallurgiemethoden gebruikt.

Toepassing van Uranus. Metallisch uranium of zijn verbindingen worden voornamelijk gebruikt als splijtstof in kernreactoren. Een natuurlijk of laagverrijkt mengsel van uraniumisotopen wordt gebruikt in stationaire reactoren van kerncentrales, een hoogverrijkt product - in kerncentrales of in reactoren die werken op snelle neutronen. 235 U is de bron van kernenergie in kernwapens. 238 U dient als een bron van secundaire nucleaire brandstof - plutonium.

Uranium in het lichaam In microhoeveelheden (10 -5 -10 -8%) wordt het aangetroffen in de weefsels van planten, dieren en mensen. In de as van planten (met een gehalte aan uranium in de bodem van ongeveer 10 -4%) is de concentratie 1,5·10 -5%. Uranium wordt voor het grootste deel geaccumuleerd door sommige schimmels en algen (de laatste zijn actief betrokken bij de biogene migratie van Uranus langs de keten water - waterplanten - vis - mens). Uranium komt het lichaam van dieren en mensen binnen met voedsel en water in het maagdarmkanaal, met lucht in de luchtwegen, maar ook via de huid en slijmvliezen. Uraniumverbindingen worden geabsorbeerd in het maagdarmkanaal - ongeveer 1% van de binnenkomende hoeveelheid oplosbare verbindingen en niet meer dan 0,1% van de slecht oplosbare; in de longen wordt respectievelijk 50% en 20% geabsorbeerd. Uranium is ongelijk verdeeld in het lichaam. Het belangrijkste depot (plaatsen van afzetting en accumulatie) is de milt, nieren, skelet, lever en, wanneer slecht oplosbare verbindingen worden ingeademd, de longen en bronchopulmonale lymfeklieren. In het bloed circuleert uranium (in de vorm van carbonaten en complexen met eiwitten) niet lang. Het gehalte aan uranium in de organen en weefsels van dieren en mensen is niet hoger dan 10-7 g/g. Zo bevat het bloed van runderen 1 10 -8 g/ml, lever 8 10 -8 g/g, spieren 4 10 -11 g/g, milt 9 10 8-8 g/g. Het gehalte aan uranium in menselijke organen is: in de lever 6 10 -9 g/g, in de longen 6 10 -9 -9 10 -9 g/g, in de milt 4,7 10 -7 g/g, in het bloed 4-10 -10 g / ml, in de nieren 5,3 10 -9 (corticale laag) en 1,3 10 -8 g / g (medulla), in de botten 1 10 -9 g / g, in het beenmerg 1- 10 -8 g/g, in het haar 1,3 10 -7 g/g. Het uranium in het botweefsel veroorzaakt zijn constante bestraling (de halfwaardetijd van Uranus vanaf het skelet is ongeveer 300 dagen). De laagste concentraties uranium bevinden zich in de hersenen en het hart (10 -10 g/g). De dagelijkse inname van uranium met voedsel en vloeistoffen is 1,9 10 -6 g, met lucht - 7 10 -9 g De dagelijkse uitscheiding van uranium uit het menselijk lichaam is: met urine 0,5 10 -7 - 5 10 -7 g, met uitwerpselen - 1,4 10 -6 -1,8 10 -6 g, met haar - 2 10 -8 g.

Volgens de International Commission on Radiation Protection is het gemiddelde gehalte aan uranium in het menselijk lichaam 9,10 -5 g. Deze waarde kan per regio verschillen. Er wordt aangenomen dat uranium noodzakelijk is voor het normaal functioneren van dieren en planten.

Het toxische effect van uranium is te wijten aan zijn chemische eigenschappen en hangt af van de oplosbaarheid: uranyl en andere oplosbare verbindingen van uranium zijn giftiger. Vergiftiging door uranium en zijn verbindingen is mogelijk bij bedrijven voor de winning en verwerking van uraniumgrondstoffen en andere industriële installaties waar het wordt gebruikt in het technologische proces. Wanneer het het lichaam binnenkomt, werkt uranium in op alle organen en weefsels, omdat het een algemeen cellulair gif is. Tekenen van vergiftiging zijn te wijten aan de overheersende schade aan de nieren (het verschijnen van eiwitten en suiker in de urine, daaropvolgende oligurie); de lever en het maagdarmkanaal worden ook aangetast. Er zijn acute en chronische vergiftigingen; de laatste worden gekenmerkt door een geleidelijke ontwikkeling en minder ernst van de symptomen. In geval van chronische intoxicatie zijn aandoeningen van de hematopoëse, het zenuwstelsel, enz. mogelijk. Er wordt aangenomen dat het moleculaire werkingsmechanisme van uranium verband houdt met zijn vermogen om de activiteit van enzymen te onderdrukken.

Nucleaire technologieën zijn grotendeels gebaseerd op het gebruik van radiochemische methoden, die op hun beurt gebaseerd zijn op de nucleair-fysische, fysische, chemische en toxische eigenschappen van radioactieve elementen.

In dit hoofdstuk beperken we ons tot een korte beschrijving van de eigenschappen van de belangrijkste splijtbare isotopen - uranium en plutonium.

Uranus

Uranus ( uranium) U - een element van de actinidegroep, 7e-0e periode van het periodiek systeem, Z=92, atoommassa 238.029; de zwaarste die in de natuur voorkomen.

Er zijn 25 bekende isotopen van uranium, die allemaal radioactief zijn. Het makkelijkst 217U (Tj/ 2 = 26 ms), de zwaarste 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6.8 min). Er zijn 6 nucleaire isomeren. Er zijn drie radioactieve isotopen in natuurlijk uranium: 2 s 8 en (99,2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,72205%, G, / 2 = 7,04-109 jaar) en 2 34U (0,0056 %, Ti/ 2=2,48-swl). De specifieke radioactiviteit van natuurlijk uranium is 2,48104 Bq, bijna gehalveerd tussen 2 34E en 288 U; 235U levert een kleine bijdrage (de specifieke activiteit van de isotoop 233 in natuurlijk uranium is 21 keer minder dan de activiteit van 238U). De doorsnede van de thermische neutronenvangst is 46, 98 en 2,7 barn voor respectievelijk 2 zz, 2 35U en 2 3 8 U; splijtingsdoorsnede 527 en 584 schuur voor respectievelijk 2 zz en 2 s 8 en; natuurlijk mengsel van isotopen (0.7% 235U) 4.2 schuur.

Tabblad. 1. Kernfysische eigenschappen 2 h9 Ri en 2 35C.

Tabblad. 2. Neutronenvangst 2 35C en 2 uur 8 C.

Zes isotopen van uranium zijn in staat tot spontane splijting: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u en 2 s 8 u. De natuurlijke isotopen 233 en 235U splijten onder invloed van zowel thermische als snelle neutronen, terwijl kernen 238 en alleen in staat zijn tot splijting wanneer neutronen met een energie van meer dan 1,1 MeV worden opgevangen. Wanneer neutronen met lagere energie worden ingevangen, worden de 288 U-kernen eerst omgezet in 2-i9U-kernen, die vervolgens p-verval ondergaan en eerst in 2 - "*9Np gaan en vervolgens in 2 39Pu. Effectieve dwarsdoorsneden voor het vangen van thermische neutronen van 2 34U, 2 kernen 35U en 2 3 8 en zijn gelijk aan respectievelijk 98, 683 en 2,7-barns Volledige splijting van 2 35U leidt tot een "thermisch energie-equivalent" van 2-107 kWh / kg. De isotopen 2 35U en 2 zzy worden gebruikt als nucleaire brandstof, die een kettingreactie van splijting kan ondersteunen.

Kernreactoren produceren n kunstmatige isotopen van uranium met massagetallen 227-240, waarvan de langste levensduur 233U is (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 jaar); het wordt verkregen door neutronenbestraling van thorium. Uraniumisotopen met massagetallen 239^257 worden geboren in de superkrachtige neutronenfluxen van een thermonucleaire explosie.

uranium-232- technogene nuclide, a-straler, Tx / 2=68,9 jaar, ouderisotopen 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) en 23 2 Pa(p), dochternuclide 228 Th. De intensiteit van spontane splijting is 0,47 delingen / s kg.

Uranium-232 wordt gevormd als gevolg van het volgende verval:

P + - verval van de nuclide * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):

In de nucleaire industrie wordt 2 3 2 U geproduceerd als bijproduct bij de synthese van de splijtbare (wapenkwaliteit) nuclide 2 33 in de thoriumbrandstofcyclus. Bij bestraling met 2 3 2 Th-neutronen vindt de belangrijkste reactie plaats:

en nevenreactie in twee stappen:

De productie van 232 U uit thorium vindt alleen plaats op snelle neutronen (E„>6 MeV). Als er 2 s°Th in de uitgangsstof zit, dan wordt de vorming van 2 3 2 U aangevuld met de reactie: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Deze reactie vindt plaats op thermische neutronen. Generatie 2 3 2 U is om een ​​aantal redenen ongewenst. Het wordt onderdrukt door het gebruik van thorium met een minimale concentratie van 23°Th.

Het verval van 2 uit 2 vindt plaats in de volgende richtingen:

Een verval in 228 Th (waarschijnlijkheid 100%, vervalenergie 5,414 MeV):

de energie van uitgezonden a-deeltjes is 5,263 MeV (in 31,6% van de gevallen) en 5,320 MeV (in 68,2% van de gevallen).

• - spontane splijting (waarschijnlijkheid kleiner dan ~ 12%);
• - clusterverval met de vorming van de nuclide 28 Mg (de kans op verval is minder dan 5 * 10 "12%):

Clusterverval met de vorming van nuclide 2

Uranium-232 is de voorouder van een lange vervalketen, die nucliden omvat - emitters van harde y-quanta:

^U-(3.64 dagen, a, y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0.155 s, a)-> 212 Pb->(10.64 h , p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3" 10' 7 s, a) -> 2o8 Pb (stub), 2o8 T1 - > (3.06 m, p, y -> 2o8 Pb.

De accumulatie van 2 3 2 U is onvermijdelijk bij de productie van 2 zzy in de thorium-energiecyclus. Intense y-straling die voortkomt uit het verval van 2 3 2 U belemmert de ontwikkeling van thorium-energie. Het is ongebruikelijk dat de even isotoop 2 3 2 11 een hoge splijtingsdoorsnede heeft onder invloed van neutronen (75 barn voor thermische neutronen), evenals een hoge neutronenvangstdwarsdoorsnede - 73 barn. 2 3 2 U wordt gebruikt in de methode van radioactieve tracers in chemisch onderzoek.

2 z 2 en is de voorouder van een lange vervalketen (volgens het schema 2 z 2 Th), die nucliden omvat die harde y-quanta uitzenden. De accumulatie van 2 3 2 U is onvermijdelijk bij de productie van 2 zzy in de thorium-energiecyclus. Intense γ-straling die voortkomt uit het verval van 232 U belemmert de ontwikkeling van thorium-energie. Ongebruikelijk is dat de even isotoop 2 3 2 U een hoge splijtingsdoorsnede heeft onder invloed van neutronen (75 barn voor thermische neutronen), evenals een hoge neutronenvangstdwarsdoorsnede - 73 barn. 2 3 2 U wordt vaak gebruikt bij de methode van radioactieve tracers in chemisch en fysisch onderzoek.

uranium-233- technogene radionuclide, a-straler (energieën 4,824 (82,7%) en 4,783 MeV (14,9%),), Tvi= 1.585105 jaar, oudernucliden 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), dochternuclide 22 9Th. 2 zzi wordt in kernreactoren verkregen uit thorium: 2 s 2 Th vangt een neutron op en verandert in 2 zz Th, dat vervalt in 2 zz Pa, en vervolgens in 2 zz. Nuclei 2 zzi (oneven isotoop) zijn in staat tot zowel spontane splijting als splijting onder invloed van neutronen van welke energie dan ook, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van zowel atoomwapens als reactorbrandstof. De effectieve splijtingsdoorsnede is 533 barn, de capture-doorsnede is 52 barn, de neutronenopbrengst is 2,54 per splijtingsgebeurtenis en 2,31 per geabsorbeerd neutron. De kritische massa van 2 zz is drie keer minder dan de kritische massa van 2 35U (-16 kg). De intensiteit van spontane splijting is 720 gevallen / s kg.

Uranium-233 wordt gevormd als gevolg van het volgende verval:

- (3 + -bederf van nuclide 2 33Np (7^=36,2 min):

Op industriële schaal wordt 2 zzi verkregen uit 2 32Th door bestraling met neutronen:

Wanneer een neutron wordt geabsorbeerd, splijt de 234-kern meestal, maar af en toe vangt een neutron op en verandert in 234U. Hoewel 2 zzy, die een neutron heeft geabsorbeerd, gewoonlijk splijt, redt het soms een neutron en verandert het in 2 34U. De bedrijfstijd van 2 zz wordt zowel in snelle als in thermische reactoren uitgevoerd.

Vanuit wapenoogpunt is 2 zzi vergelijkbaar met 2 39 Pu: de radioactiviteit is 1/7 van de activiteit van 2 39 Pu (Ti/2 \u003d 159200 l versus 24100 l voor Pu), de kritische massa van 2 szi is 6o% hoger dan die van IgPu (16 kg versus 10 kg), en de snelheid van spontane splijting is 20 keer hoger (b-u - ' versus 310 10). De neutronenflux van 239Pu is 3 keer hoger dan die van 239Pu. Het creëren van een kernlading op basis van 2 sz vergt meer inspanning dan op ^Pu. Het belangrijkste obstakel is de aanwezigheid van de 232U-onzuiverheid in 2zzi, waarvan de γ-straling van de vervalprojecten het moeilijk maakt om met 2zzi te werken en het gemakkelijk maakt om kant-en-klare wapens te detecteren. Bovendien maakt de korte halfwaardetijd van 2 3 2 U het een actieve bron van a-deeltjes. 2 zzi met 1% 232 en heeft een 3 keer sterkere a-activiteit dan plutonium van wapenkwaliteit en bijgevolg een grotere radiotoxiciteit. Deze a-activiteit veroorzaakt de geboorte van neutronen in de lichte elementen van de wapenlading. Om dit probleem te minimaliseren, moet de aanwezigheid van elementen als Be, B, F, Li minimaal zijn. De aanwezigheid van een neutronenachtergrond heeft geen invloed op de werking van implosiesystemen, maar een hoge mate van zuiverheid voor lichte elementen is vereist voor wapenschema's.zgi is niet schadelijk, en zelfs wenselijk, omdat het de mogelijkheid vermindert om uranium voor wapendoeleinden te gebruiken .Na verwerking van de verbruikte splijtstof en hergebruik van de splijtstof, bereikt het gehalte van 232U 0,1 + 0,2%.

Het verval van 2 zzy vindt plaats in de volgende richtingen:

A-verval in 22 9Th (waarschijnlijkheid 100%, vervalenergie 4,909 MeV):

de energie van de uitgezonden n-deeltjes is 4,729 MeV (in 1,61% van de gevallen), 4,784 MeV (in 13,2% van de gevallen) en 4,824 MeV (in 84,4% van de gevallen).

• - spontane splijting (waarschijnlijkheid
• - clusterverval met vorming van de nuclide 28 Mg (kans op verval is kleiner dan 1,3*10 -13%):

Clusterverval met de vorming van de nuclide 24 Ne (vervalkans 7,3-10-“%):

De 2 zz Decay Chain behoort tot de Neptunium serie.

De specifieke radioactiviteit is 2 zzi 3,57-8 Bq/g, wat overeenkomt met een a-activiteit (en radiotoxiciteit) van -15% plutonium. Slechts 1% 2 3 2 U verhoogt de radioactiviteit tot 212 mCi/g.

uranium-234(Uranus II, UII) is een onderdeel van natuurlijk uranium (0,0055%), 2,445105 jaar, a-emitter (energie van a-deeltjes 4,777 (72%) en

4,723 (28%) MeV), oorspronkelijke radionucliden: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

dochter isotoop in 2 s"t.

Gewoonlijk is 234 U in evenwicht met 2 3 8 u, en vervalt en vormt zich met dezelfde snelheid. Ongeveer de helft van de radioactiviteit van natuurlijk uranium is de bijdrage van 234U. Gewoonlijk wordt 234U verkregen door van oude preparaten van zuiver 238 Pu. Bij een verval leent *34U zich voor 234U, dus de oude voorbereidingen van 238Pu zijn goede bronnen van 234U. 100 g 2s8Pu bevat 776 mg 234U na een jaar, na 3 jaar

2,2 g 2 34U. De concentratie van 2 34U in hoogverrijkt uranium is vrij hoog vanwege de preferentiële verrijking in lichte isotopen. Aangezien 234u een sterke y-emitter is, zijn er beperkingen op de concentratie ervan in uranium bedoeld voor verwerking tot brandstof. Het verhoogde niveau van 234i is acceptabel voor reactoren, maar opgewerkt SNF bevat al onaanvaardbare niveaus van deze isotoop.

Het verval van 234u vindt plaats langs de volgende lijnen:

A-verval in 23°T (waarschijnlijkheid 100%, vervalenergie 4,857 MeV):

de energie van uitgezonden a-deeltjes is 4,722 MeV (in 28,4% van de gevallen) en 4,775 MeV (in 71,4% van de gevallen).

• - spontane splijting (kans 1,73-10-9%).
• - clusterverval met de vorming van de nuclide 28 Mg (de kans op verval is 1,4-10 "n%, volgens andere bronnen 3,9-10-"%):

• - clusterverval met de vorming van nucliden 2 4Ne en 26 Ne (de kans op verval is 9-10 ", 2%, volgens andere gegevens 2,3-10 - 11%):

Het enige isomeer 2 34ti is bekend (Tx/ 2 = 33,5 s).

De absorptiedoorsnede van 2 34U thermische neutronen is 10 barn en voor de resonantie-integraal gemiddeld over verschillende tussenliggende neutronen, 700 barn. Daarom wordt het in thermische neutronenreactoren sneller omgezet in splijtbaar 235U dan veel meer 238U (met een doorsnede van 2,7 barn) wordt omgezet in 2 s9Pu. Hierdoor bevat SNF minder 234U dan verse brandstof.

uranium-235 behoort tot de familie 4P + 3, is in staat een kettingreactie van splijting te veroorzaken. Dit is de eerste isotoop waarop de reactie van gedwongen splijting van kernen onder invloed van neutronen werd ontdekt. Door een neutron te absorberen, gaat 235U in 2 zbi, die in twee delen is verdeeld, waarbij energie vrijkomt en verschillende neutronen worden uitgestoten. Splijtbaar door neutronen van elke energie, in staat tot spontane splijting, de isotoop 2 35U maakt deel uit van natuurlijk uthaan (0,72%), a-emitter (energieën 4,397 (57%) en 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-ste 8 jaar, oudernucliden 2 35Pa, 2 35Np en 2 39Pu, dochter - 23"Th. De intensiteit van spontane splijting 2 3su 0,16 divisies/s kg. Bij de splitsing van één 2 35U-kern komt 200 MeV energie vrij = 3,2 Yu p J, d.w.z. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. De doorsnede van splijting door thermische neutronen is 545 barns, en door snelle neutronen - 1,22 barns, neutronenopbrengst: per splijtingsgebeurtenis - 2,5, per geabsorbeerd neutron - 2,08.

Opmerking. De vangstdwarsdoorsnede van langzame neutronen om de isotoop 2 si (10 barn) te vormen, zodat de totale absorptiedoorsnede van langzame neutronen 645 barn is.

• - spontane splijting (waarschijnlijkheid 7*10~9%);
• - clusterverval met vorming van nucliden 2 °Ne, 2 5Ne en 28 Mg (de kansen zijn respectievelijk 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):

Rijst. een.

Het enige bekende isomeer is 2 35n»u (7/2 = 26 min).

Specifieke activiteit 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. De kritische massa van uranium voor wapens (93,5% 2 35U) voor een bal met een reflector is 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U wordt gebruikt in atoomwapens, voor energieproductie en voor de synthese van belangrijke actiniden. De kettingreactie wordt in stand gehouden door de overmaat aan neutronen die geproduceerd worden tijdens de splijting van 2 35C.

uranium-236 komt op aarde in de natuur voor in sporenhoeveelheden (op de maan is het meer), a-straler (?

Rijst. 2. Radioactieve familie 4/7+2 (inclusief -3 8 en).

In een atoomreactor absorbeert 233 een thermisch neutron, waarna het splijt met een waarschijnlijkheid van 82%, en een y-kwantum uitzendt met een waarschijnlijkheid van 18% en verandert in 236 en . In kleine hoeveelheden maakt het deel uit van verse brandstof; accumuleert wanneer uranium wordt bestraald met neutronen in de reactor, en wordt daarom gebruikt als een SNF "signaalapparaat". 2 h b en wordt gevormd als bijproduct tijdens de scheiding van isotopen door gasdiffusie tijdens de regeneratie van verbruikte splijtstof. De 236 U die in een kernreactor wordt geproduceerd, is een neutronengif; de aanwezigheid ervan in splijtstof wordt gecompenseerd door een hoog niveau van 2 35U-verrijking.

2b en wordt gebruikt als mengtracer voor oceanische wateren.

uranium-237,T&= 6,75 dagen, bèta- en gammastraler, kan worden verkregen door kernreacties:

Detectie 287 en uitgevoerd langs lijnen met eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U wordt gebruikt in de methode van radioactieve tracers in chemisch onderzoek. Meting van de concentratie (2 4°Am) in de neerslag van een atoomwapentest levert waardevolle informatie op over het type lading en de gebruikte apparatuur.

uranium-238- behoort tot de 4P + 2-familie, splijtbaar met hoogenergetische neutronen (meer dan 1,1 MeV), in staat tot spontane splijting, vormt de basis van natuurlijk uranium (99,27%), a-emitter, 7'; /2=4>468-109 jaar, ontleedt direct in 2 34Th, vormt een aantal genetisch verwante radionucliden en verandert na 18 producten in 206 Pb. Pure 2 3 8 U heeft een specifieke radioactiviteit van 1,22-104 Bq. De halfwaardetijd is erg lang - ongeveer 10 16 jaar, zodat de kans op splijting in relatie tot het hoofdproces - de emissie van een a-deeltje - slechts 10 "7 is. Een kilogram uranium geeft slechts 10 spontane splijtingen per ten tweede, en tegelijkertijd stoot een a-deeltje 20 miljoen kernen uit. Oudernucliden: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, dochter T,/ 2 = 2 :i 4 e.

Uranium-238 wordt gevormd als gevolg van het volgende verval:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Van de secundaire mineralen is gehydrateerd calciumuranylfosfaat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Vaak gaat uranium in mineralen vergezeld van andere nuttige elementen - titanium , tantaal, zeldzame aardmetalen. Daarom is het vanzelfsprekend om te streven naar de complexe verwerking van uraniumhoudende ertsen.

Fysische basiseigenschappen van uranium: atoommassa 238.0289 a.m.u. (g/mol); atomaire straal 138 pm (1 pm = 12 m); ionisatie-energie (eerste elektron 7,11 eV; elektronische configuratie -5f36d'7s 2; oxidatietoestanden 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T naar,1=3818°; dichtheid 19,05; soortelijke warmtecapaciteit 0,115 JDKmol); treksterkte 450 MPa, smeltwarmte 12,6 kJ/mol, verdampingswarmte 417 kJ/mol, soortelijke warmtecapaciteit 0,115 J/(mol-K); molair volume 12,5 cm3/mol; de karakteristieke Debye temperatuur © D = 200K, de overgangstemperatuur naar de supergeleidende toestand is 0,68K.

Uranium is een zwaar, zilverwit, glanzend metaal. Het is iets zachter dan staal, kneedbaar, flexibel, heeft lichte paramagnetische eigenschappen en is pyrofoor in poedervorm. Uranium heeft drie allotrope vormen: alfa (ruit, a-U, roosterparameters 0=285, b= 587, c=49b pm, stabiel tot 667,7°), bèta (tetragonaal, p-U, stabiel van 667,7 tot 774,8°), gamma (met een kubisch lichaam-gecentreerd rooster, y-U, bestaande van 774,8° tot smeltpunten, frm= ii34 0), waarbij uranium het meest kneedbaar en gemakkelijk te verwerken is.

Bij kamertemperatuur is de ruitvormige a-fase stabiel, de prismatische structuur bestaat uit golvende atomaire lagen evenwijdig aan het vlak abc, in een extreem asymmetrisch prismatisch rooster. Binnen de lagen zijn de atomen nauw met elkaar verbonden, terwijl de sterkte van de bindingen tussen de atomen van aangrenzende lagen veel zwakker is (Fig. 4). Deze anisotrope structuur maakt het moeilijk om uranium te fuseren met andere metalen. Alleen molybdeen en niobium creëren vastestoflegeringen met uranium. Toch kan metallisch uranium een ​​interactie aangaan met veel legeringen, waardoor intermetallische verbindingen worden gevormd.

In het interval 668 ^ 775 ° is er een (3-uranium. Tetragonaal type rooster heeft een gelaagde structuur met lagen evenwijdig aan het vlak ab in standen 1/4С, 1/2 Met en 3/4C eenheidscel. Bij temperaturen boven 775 ° wordt y-uranium gevormd met een op het lichaam gecentreerd kubisch rooster. De toevoeging van molybdeen maakt het mogelijk om de y-fase bij kamertemperatuur te hebben. Molybdeen vormt een breed scala aan vaste oplossingen met y-uranium en stabiliseert de y-fase bij kamertemperatuur. y-Uranium is veel zachter en kneedbaarder dan de brosse a- en (3-fasen.

Neutronenbestraling heeft een significant effect op de fysieke en mechanische eigenschappen van uranium, waardoor de grootte van het monster toeneemt, de vorm verandert en de mechanische eigenschappen (kruipen, bros worden) van uraniumblokken tijdens de werking van een kernreactor. De volumetoename is te wijten aan de ophoping in uranium tijdens splijting van onzuiverheden van elementen met een lagere dichtheid (vertaling 1% uranium in fragmentatie-elementen verhoogt het volume met 3,4%).

Rijst. vier. Enkele kristalstructuren van uranium: a - a-uranium, b - p-uranium.

De meest gebruikelijke methoden om uranium in metallische toestand te verkrijgen, zijn de reductie van hun fluoriden met alkali- of aardalkalimetalen of de elektrolyse van hun zoutsmelten. Uranium kan ook worden verkregen door metallothermische reductie uit carbiden met wolfraam of tantaal.

Het vermogen om gemakkelijk elektronen te doneren bepaalt de reducerende eigenschappen van uranium en zijn hoge chemische activiteit. Uranium kan interageren met bijna alle elementen, behalve edelgassen, terwijl het oxidatietoestanden verkrijgt +2, +3, +4, +5, +6. In oplossing is de hoofdvalentie 6+.

Metallisch uranium, dat snel oxideert in de lucht, is bedekt met een iriserende film van oxide. Fijn poeder van uranium ontbrandt spontaan in lucht (bij temperaturen van 1504-175°), vormend en;) Ov. Bij 1000°C combineert uranium met stikstof om geel uraniumnitride te vormen. Water kan bij lage temperaturen langzaam en bij hoge temperaturen snel met metaal reageren. Uranium reageert heftig met kokend water en stoom om waterstof vrij te maken, dat een hydride vormt met uranium.

Deze reactie is heftiger dan de verbranding van uranium in zuurstof. Een dergelijke chemische activiteit van uranium maakt het noodzakelijk om uranium in kernreactoren te beschermen tegen contact met water.

Uranium lost op in zoutzuur, salpeterzuur en andere zuren en vormt U(IV)-zouten, maar heeft geen interactie met alkaliën. Uranium verdringt waterstof uit anorganische zuren en zoutoplossingen van metalen zoals kwik, zilver, koper, tin, platina en goud. Bij krachtig schudden beginnen de metaaldeeltjes van uranium te gloeien.

Kenmerken van de structuur van de elektronenschillen van het uraniumatoom (de aanwezigheid van ^/-elektronen) en enkele van zijn fysisch-chemische eigenschappen dienen als basis voor de classificatie van uranium als actinide. Er is echter een chemische analogie tussen uranium en Cr, Mo en W. Uranium is zeer reactief en reageert met alle elementen behalve de edelgassen. In de vaste fase zijn voorbeelden van U(VI) uranyltrioxide U03 en uranylchloride U02C12. Uraniumtetrachloride UC1 4 en uraniumdioxide U0 2

U(IV) voorbeelden. Stoffen die U(IV) bevatten, zijn meestal onstabiel en worden zeswaardig bij langdurige blootstelling aan lucht.

In het uranium-zuurstofsysteem zijn zes oxiden geïnstalleerd: UO, U0 2 , U 4 0 9 en 3 Ov, U0 3 . Ze worden gekenmerkt door een breed gebied van homogeniteit. U0 2 is een basisch oxide, terwijl U03 amfoteer is. U0 3 - interageert met water om een ​​aantal hydraten te vormen, waarvan de belangrijkste diuronzuur H 2 U 2 0 7 en uranzuur H 2 1U 4 zijn. Met alkaliën vormt U0 3 zouten van deze zuren - uranaten. Wanneer U03 wordt opgelost in zuren, worden zouten van het dubbel geladen uranylkation U0 2a+ gevormd.

Uraniumdioxide, U0 2 , is bruin van stoichiometrische samenstelling. Naarmate het zuurstofgehalte in het oxide toeneemt, verandert de kleur van donkerbruin naar zwart. Kristalstructuur van CaF 2 type, a = 0,547 nm; dichtheid 10,96 g / cm "* (de hoogste dichtheid onder uraniumoxiden). T , pl \u003d 2875 0, Tkn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Uraniumdioxide is een halfgeleider met gatengeleiding, een sterke paramagneet. MAC = 0,015 mg/m3. Laten we niet oplossen in water. Bij een temperatuur van -200° voegt het zuurstof toe en bereikt de samenstelling U0 2>25.

Uranium (IV) oxide kan worden verkregen door reacties:

Uraniumdioxide vertoont alleen basiseigenschappen, het komt overeen met het basische hydroxide U (OH) 4, dat vervolgens verandert in gehydrateerd hydroxide U0 2 H 2 0. Uraniumdioxide lost langzaam op in sterke niet-oxiderende zuren in afwezigheid van atmosferische zuurstof om W te vormen + ionen:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2Н 2 0. (38)

Het is oplosbaar in geconcentreerde zuren en de oplossnelheid kan aanzienlijk worden verhoogd door toevoeging van fluorionen.

Wanneer opgelost in salpeterzuur, wordt het uranylion 1U 2 2+ gevormd:

Triuran octoxide U 3 0s (uraniumoxide) - poeder waarvan de kleur varieert van zwart tot donkergroen; bij sterk pletten - olijfgroene kleur. Grote zwarte kristallen laten groene strepen achter op porselein. Er zijn drie bekende kristallijne modificaties van U 3 0 h: a-U3C>8 - ruitvormige kristalstructuur (sp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - ruitvormige kristalstructuur (ruimtegroep st; 0=0,705 nm; 6=1.172 nm; 0=0,829 nm. Het begin van de ontbinding is 100° (gaat naar 110 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 kan worden verkregen door de reactie:

Door U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 of (NH 4) 2 U 2 0 7 at 750 0 in lucht of in een zuurstofatmosfeer ( p = 150 + 750 mm Hg) ontvangen stoichiometrisch zuivere U 3 08.

Wanneer U 3 0s wordt gecalcineerd bij T > 100°, wordt het teruggebracht tot 110 2, maar wanneer het in lucht wordt gekoeld, keert het terug naar U 3 0s. U 3 0e lost alleen op in geconcentreerde sterke zuren. In zoutzuur en zwavelzuur wordt een mengsel van U(IV) en U(VI) gevormd en in salpeterzuur wordt uranylnitraat gevormd. Verdunde zwavel- en zoutzuren reageren zeer zwak met U 3 Os, zelfs bij verhitting, de toevoeging van oxidatiemiddelen (salpeterzuur, pyrolusiet) verhoogt de oplossnelheid sterk. Geconcentreerd H 2 S0 4 lost U 3 Os op onder vorming van U(S04) 2 en U0 2 S0 4 . Salpeterzuur lost U 3 Oe op onder vorming van uranylnitraat.

Uraniumtrioxide, U0 3 - kristallijne of amorfe substantie met een felgele kleur. Reageert met water. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.

Het wordt verkregen door calcinering van ammoniumpolyuranaten, uraniumperoxide, uranyloxalaat bij 300-500 ° en hexahydraat uranylnitraat. In dit geval wordt een oranje poeder met een amorfe structuur gevormd met een dichtheid

6,8 g/cm. De kristallijne vorm I03 kan worden verkregen door de oxidatie van U 3 0 8 bij temperaturen van 450°-750° in een zuurstofstroom. Er zijn zes kristallijne modificaties van U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U03 is hygroscopisch en verandert in uranylhydroxide in vochtige lucht. Verdere verwarming tot 6o° maakt het mogelijk om U 3 Os te verkrijgen.

Waterstof, ammoniak, koolstof, alkali- en aardalkalimetalen reduceren U0 3 tot U0 2 . Door een mengsel van HF- en NH3-gassen door te laten, wordt UF4 gevormd. In de hoogste valentie vertoont uranium amfotere eigenschappen. Onder invloed van U0 3 zuren of zijn hydraten worden uranylzouten (U0 2 2+) gevormd, geelgroen gekleurd:

De meeste uranylzouten zijn zeer goed oplosbaar in water.

Met alkaliën, wanneer gefuseerd, vormt U0 3 zouten van uranzuur - uranaten MDKH,:

Met alkalische oplossingen vormt uraniumtrioxide zouten van polyuranen - polyuranaten dgM 2 0y110 3 pH^O.

Zouten van uraniumzuur zijn praktisch onoplosbaar in water.

De zure eigenschappen van U(VI) zijn minder uitgesproken dan de basische.

Uranium reageert bij kamertemperatuur met fluor. De stabiliteit van hogere halogeniden neemt af van fluoriden naar jodiden. Fluoriden UF 3 , U4F17, U2F9 en UF 4 zijn niet-vluchtig en UFe is vluchtig. De belangrijkste fluoriden zijn UF 4 en UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart in de praktijk:

De reactie in een gefluïdiseerd bed wordt uitgevoerd volgens de vergelijking:

Het is mogelijk om fluoreermiddelen te gebruiken: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) of CC1 2 F 2 (freon-12):

Uranium (1U) fluoride UF 4 ("groen zout") - poeder van blauwgroen tot smaragdgroen. G 11L \u003d SW6 °; G naar, ", \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. De kristalstructuur is monoklien (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; dichtheid 6,72 g / cm3. UF 4 is een stabiele, inactieve, niet-vluchtige verbinding, slecht oplosbaar in water. Het beste oplosmiddel voor UF 4 is rokend perchloorzuur HC10 4. Het lost op in oxiderende zuren om een ​​uranylzout te vormen lost snel op in een hete oplossing van Al(N03) 3 of A1C1 3 , evenals in een oplossing van boorzuur aangezuurd met H 2 S0 4 , HC104 of HC1. of boorzuur, dragen ook bij tot het oplossen van UF 4. Vormt een aantal slecht oplosbare dubbelzouten met fluoriden van andere metalen (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, etc.) NH 4 UF 5 is van industrieel belang.

U(IV)fluoride is een tussenproduct in het preparaat

zowel UF6 als uraniummetaal.

UF 4 kan worden verkregen door reacties:

of door elektrolytische reductie van uranylfluoride.

Uraniumhexafluoride UFe - bij kamertemperatuur, ivoorkristallen met een hoge brekingsindex. Dikte

5,09 g/cm3, dichtheid van vloeibaar UFe is 3,63 g/cm3. Vliegende verbinding. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (onder druk). Verzadigde dampdruk bereikt de atmosfeer bij 560°. Vormingsenthalpie van AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. De kristalstructuur is ruitvormig (sp. gr. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=0,5207 nm; d 5,060 nm (250). MPC - 0,015 mg/m3. Vanuit de vaste toestand kan UF6 sublimeren van de vaste fase (sublimeren) in een gas, waarbij de vloeibare fase wordt omzeild over een breed scala aan drukken. Sublimatiewarmte bij 50 0 50 kJ/mg. Het molecuul heeft geen dipoolmoment, dus UF6 associeert niet. Dampen UFr, - een ideaal gas.

Het wordt verkregen door de werking van fluor op U van zijn verbindingen:

Naast gasfasereacties zijn er ook vloeistoffasereacties.

het verkrijgen van UF6 met bijvoorbeeld halofluorides

Er is een manier om UF6 te verkrijgen zonder het gebruik van fluor - door UF 4 te oxideren:

UFe reageert niet met droge lucht, zuurstof, stikstof en CO2, maar ondergaat bij contact met water, zelfs met sporen ervan, hydrolyse:

Het interageert met de meeste metalen en vormt hun fluoriden, wat de opslagmethoden bemoeilijkt. Geschikte vatmaterialen voor het werken met UF6 zijn: Ni, Monel en Pt bij verhitting, Teflon, absoluut droog kwarts en glas, koper en aluminium bij koude. Bij temperaturen van 25 yo 0 vormt het complexe verbindingen met fluoriden van alkalimetalen en zilver van het type 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Het lost goed op in verschillende organische vloeistoffen, anorganische zuren en in alle halogeenfluoriden. Inert om te drogen 0 2 , N 2 , CO 2 , C1 2 , Br 2 . UFr wordt gekenmerkt door reductiereacties met de meeste zuivere metalen. UF6 reageert heftig met koolwaterstoffen en andere organische stoffen, waardoor gesloten containers met UFe kunnen exploderen. UF6 in het bereik van 25 - 100° vormt complexe zouten met fluoriden van alkali en andere metalen. Deze eigenschap wordt gebruikt in technologie voor de selectieve extractie van UF

Uraniumhydriden UH 2 en UH 3 nemen een tussenpositie in tussen zoutachtige hydriden en hydriden zoals vaste oplossingen van waterstof in metaal.

Wanneer uranium reageert met stikstof, worden nitriden gevormd. In het U-N-systeem zijn vier fasen bekend: UN (uraniumnitride), a-U 2 N 3 (sesquinitride), p-U 2 N 3 en VN If90. Het is niet mogelijk om de samenstelling van UN 2 (dinitride) te bereiken. Betrouwbaar en goed gecontroleerd zijn de syntheses van uraniummononitride UN, die het beste rechtstreeks uit de elementen kunnen worden gedaan. Uraniumnitriden zijn poederachtige stoffen waarvan de kleur varieert van donkergrijs tot grijs; eruit zien als metaal. UN heeft een kubusvormige kristalstructuur, zoals NaCl (0 = 4,8892 A); (/ = 14.324, 7 ^ = 2855 °, stabiel in vacuüm tot 1700 0. Het wordt verkregen door U- of U-hydride te laten reageren met N 2 of NH 3 , ontleding van hogere nitriden U bij 1300 ° of hun reductie met metallisch uranium. U 2 N 3 is bekend in twee polymorfe modificaties: kubische a en hexagonale p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), waarbij N2 vrijkomt in vacuüm boven 8oo°. Het wordt verkregen door reductie van UN 2 met waterstof. Dinitride UN 2 wordt gesynthetiseerd door de reactie van U met N 2 bij hoge druk N 2 . Uraniumnitriden zijn gemakkelijk oplosbaar in zuren en alkalische oplossingen, maar ontleden met gesmolten alkaliën.

Uraniumnitride wordt verkregen door tweetraps carbothermische reductie van uraniumoxide:

Verwarmen in argon op 7M450 0 gedurende 10 * 20 uur

Het is mogelijk uraniumnitride te verkrijgen met een samenstelling die dicht bij dinitride, UN 2 , ligt door de inwerking van ammoniak op UF 4 bij hoge temperatuur en druk.

Uraniumdinitride ontleedt bij verhitting:

Uraniumnitride, verrijkt met 2 35U, heeft een hogere splijtingsdichtheid, thermische geleidbaarheid en smeltpunt dan uraniumoxiden, de traditionele brandstof van moderne kernreactoren. Het heeft ook goede mechanische en stabiliteit, meer dan traditionele brandstof. Daarom wordt deze verbinding beschouwd als een veelbelovende basis voor snelle neutronenreactoren voor splijtstof (generatie IV-kernreactoren).

Opmerking. UN is erg handig om te verrijken op ‘5N, omdat ,4 N heeft de neiging om neutronen te vangen, waardoor de radioactieve isotoop 14 C wordt gegenereerd door de (n, p) reactie.

Uraniumcarbide UC 2 (?-fase) is een lichtgrijze kristallijne stof met een metaalachtige glans. In het U-C-systeem (uraniumcarbiden) zijn er UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - uraniumcarbiden. Uraniumdicarbide UC 2 kan worden verkregen door de reacties:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Uraniumcarbiden worden gebruikt als brandstof voor kernreactoren, ze zijn veelbelovend als brandstof voor ruimteraketmotoren.

Uranylnitraat, uranylnitraat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. De rol van het metaal in dit zout wordt gespeeld door het uranyl 2+-kation. Gele kristallen met een groenachtige glans, goed oplosbaar in water. De waterige oplossing is zuur. Oplosbaar in ethanol, aceton en ether, onoplosbaar in benzeen, tolueen en chloroform. Bij verhitting smelten de kristallen en komen HN03 en H20 vrij. Het kristallijne hydraat erodeert gemakkelijk in de lucht. Een kenmerkende reactie is dat onder inwerking van NH3 een geel neerslag van ammoniumuraat wordt gevormd.

Uranium is in staat om metaalorganische verbindingen te vormen. Voorbeelden zijn cyclopentadienylderivaten met de samenstelling U(C5H5)4 en hun gehalogeneerde u(C5H5)3G of u(C5H5)2G2.

In waterige oplossingen is uranium het meest stabiel in de oxidatietoestand U(VI) in de vorm van het uranylion U0 2 2+. In mindere mate wordt het gekenmerkt door de U(IV)-toestand, maar het kan zelfs voorkomen in de U(III)-vorm. De U(V)-oxidatietoestand kan bestaan ​​als het IO 2 + -ion, maar deze toestand wordt zelden waargenomen vanwege de neiging tot disproportionering en hydrolyse.

In neutrale en zure oplossingen komt U(VI) voor als U0 2 2+, een geel uranyl-ion. Goed oplosbare uranylzouten omvatten nitraat U0 2 (N0 3) 2, sulfaat U0 2 S0 4, chloride U0 2 C1 2, fluoride U0 2 F 2, acetaat U0 2 (CH 3 C00) 2. Deze zouten worden geïsoleerd uit oplossingen in de vorm van kristallijne hydraten met verschillende aantallen watermoleculen. Enigszins oplosbare zouten van uranyl zijn: oxalaat U0 2 C 2 0 4, fosfaten U0 2 HP0., en UO2P2O4, ammoniumuranylfosfaat UO2NH4PO4, natriumuranylvanadaat NaU0 2 V0 4, ferrocyanide (U0 2) 2. Het uranyl-ion wordt gekenmerkt door de neiging om complexe verbindingen te vormen. Zo zijn complexen met fluorionen van het type -,4- bekend; nitraatcomplexen’ en 2 *; sulfaatcomplexen 2 "en 4-; carbonaatcomplexen 4" en 2 ", enz. Onder inwerking van alkaliën op oplossingen van uranylzouten komen slecht oplosbare precipitaten van diuranaten van het type Me 2 U 2 0 7 vrij (Me 2 U0 4 monouranaten worden niet geïsoleerd uit oplossingen, ze worden verkregen door fusie van uraniumoxiden met alkaliën) Me 2 U n 0 3 n+i polyuranaten zijn bekend (bijvoorbeeld Na 2 U60i 9).

U(VI) wordt in zure oplossingen gereduceerd tot U(IV) door ijzer, zink, aluminium, natriumhydrosulfiet en natriumamalgaam. De oplossingen zijn groen gekleurd. Alkaliën slaan hydroxide neer en 0 2 (0H) 2 daaruit, fluorwaterstofzuur - fluoride UF 4 -2.5H 2 0, oxaalzuur - oxalaat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. De neiging tot complexvorming in de U 4+ ion minder dan die van uraniumionen.

Uranium (IV) in oplossing heeft de vorm van U 4+-ionen, die sterk gehydrolyseerd en gehydrateerd zijn:

Hydrolyse wordt onderdrukt in zure oplossingen.

Uranium (VI) in oplossing vormt uranyloxocatie - U0 2 2+ Er zijn talrijke uranylverbindingen bekend, voorbeelden hiervan zijn: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2 (NH 4) 2 C0 3 U0 2 C0 3 , U0 2 C1 2 , U0 2 (0H) 2 , U0 2 (N0 3) 2 , UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4 enz.

Tijdens de hydrolyse van het uranyl-ion worden een aantal meerkernige complexen gevormd:

Bij verdere hydrolyse verschijnt U 3 0s (0H) 2 en vervolgens U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Voor de kwalitatieve detectie van uranium worden methoden van chemische, luminescente, radiometrische en spectrale analyses gebruikt. Chemische methoden zijn voornamelijk gebaseerd op de vorming van gekleurde verbindingen (bijvoorbeeld roodbruine kleur van de verbinding met ferrocyanide, geel met waterstofperoxide, blauw met arsenazo-reagens). De luminescentiemethode is gebaseerd op het vermogen van veel uraniumverbindingen om onder invloed van UV-stralen een geelgroene gloed te geven.

Kwantitatieve bepaling van uranium wordt op verschillende manieren uitgevoerd. De belangrijkste daarvan zijn: volumetrische methoden, bestaande uit de reductie van U(VI) tot U(IV) gevolgd door titratie met oplossingen van oxidatiemiddelen; gewichtsmethoden - precipitatie van uranaten, peroxide, U(IV)-kupferranaten, oxyquinolaat, oxalaat, enz. gevolgd door hun calcinering bij 100° en een gewicht van U 3 0s; polarografische methoden in een nitraatoplossing maken het mogelijk om 10 x 7 x 10-9 g uranium te bepalen; talrijke colorimetrische methoden (bijvoorbeeld met H 2 0 2 in alkalisch milieu, met het arsenazo-reagens in aanwezigheid van EDTA, met dibenzoylmethaan, in de vorm van een thiocyanaatcomplex, enz.); luminescentiemethode, die het mogelijk maakt om te bepalen wanneer versmolten met NaF tot jij 11 g uranium.

235U behoort tot groep A van stralingsgevaar, de minimale significante activiteit MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 en - tot groep D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).